當歸屬植物傳統藥用、香豆素類成分及藥理毒理學研究進展

王楊海,劉璐,趙渤年*,高燕*

(1.山東中醫藥大學藥學院,山東 濟南 250355;2.山東中醫藥大學藥物研究院,山東 濟南 250355)

當歸屬作為溫帶屬性植物,在全球約有110個品種,主要分布于北溫帶和新西蘭地區,尤其集中于喜馬拉雅-橫斷山區、東北亞和北美西部地區[1]。當歸屬植物具有很高的經濟價值和藥用價值,其中一些當歸屬植物被作為食品和飼料使用,而本屬許多品種的根通常用作治療各種疾病的傳統藥物,并在東北亞國家使用了數百年,其中代表性植物包括:當歸、白芷、獨活。

現代研究主要集中在當歸屬植物的根和果實,從當歸屬植物中分離出的主要化學成分包括苯酞、揮發油、香豆素、多糖、黃酮和有機酸類,香豆素類成分和揮發油成分是當歸屬植的的主要活性成分。香豆素類成分作為當歸屬植物的主要活性物質之一,大量的藥理學研究表明,當歸屬植物中香豆素類成分具有多種生物活性,例如:抗炎鎮痛、抗腫瘤、調節心血管系統、調節神經系統、抗菌、抗病毒、抗過敏等。

因此,對其傳統藥用、物質基礎、藥效以及毒理學進行總結,發現其活性成分與藥效之間的聯系,為今后當歸屬植物藥用植物資源的合理開發、利用與進一步的研究提供科學依據和方向。

1 傳統藥用

當歸屬植物在東北亞國家是重要的藥物資源,用藥歷史悠久。當歸在我國的使用可以追溯到3 000多年前,最早記載于《神農本草經》,并被列為“中品”,藥用記載還出現在《本草匯言》《名醫別錄》《本草綱目》《藥性賦》等古籍中。當歸的入藥部位為干燥根,其味甘、辛,性溫。而干燥根不同部位具有不同的療效,其根頭能養血,根尾能運血,根身能補血養血。當歸藥材在傳統中醫上用于治療血虛萎黃、月經不調,經閉痛經,風濕痹痛等疾病,在中醫上被稱為“婦科要藥”[2]。此外,在傳統處方中,被作為滋補藥、造血藥、抗炎藥使用。在歐洲一些國家,當歸除了作為藥物植物外,還作為食品調味品和香料,用于制作酒和香水等產品。

白芷作用常見的藥用植物,其性溫、味辛,具有祛風濕,活血排膿,生肌止痛功效,是治療陽明經頭痛的要藥[3]。在東北亞國家(中國、韓國、日本等),白芷常用于治療鼻炎、感冒和牙痛等病癥[4]。此外,白芷還有多種民間用途,如制作香料、防腐劑、化妝品和藥膳等[5]。

獨活最早可以追溯到《神農本草經》,用于治療癲癇發作抽搐拘攣、女子疝瘕等癥狀。在《中國藥典》中記載,該藥味辛、苦,性溫,歸腎、膀胱經。具有祛風除濕,通痹止痛的功效,用于治療風寒濕痹,腰膝疼痛,少陰伏風頭痛,風寒夾濕頭痛等癥狀。在《名醫別錄》專著中,獨活被描述為一種治療痛風的藥物。在李中梓所著的《本草通玄》中,獨活用于治療失聲不語,手足不隨,口眼歪斜,目赤膚癢等疾病。獨活的傳統中藥配伍,可以提高藥物的療效和降低毒性,起到更好的治療效果。此外,獨活與羌活、防風等配伍可用于治療風濕免疫、骨科系統疾病[6]。又比如,獨活寄生湯在臨床上常用于骨骼系統疾病,例如頸椎病、關節炎[7]。

2 香豆素類成分

目前,從當歸屬植物中分離鑒定出多種化學成分,其中包括香豆素、苯酞、黃酮、有機酸、揮發油、無機鹽以及其他化學成分。研究發現,香豆素類成分作為當歸屬植物的主要活性成分之一,具有重要的生物學特性,以及較高的研究價值。目前,已有多種香豆素類成分從當歸屬植物中被分離鑒定出,包括簡單香豆素類、呋喃香豆素類、吡喃香豆素類、雙香豆素類,其中,藥理活性顯著的香豆素類成分以及近期新發現的化合物如表1所示,其化學結構如圖1所示。

圖1 當歸屬植物中香豆素類成分化學結構

表1 當歸屬植物中香豆素類化合物

2.1 簡單香豆素類 簡單香豆素為只有苯環上有取代基的香豆素,取代基一般為甲基、羥基、和糖基等。迄今為止,從當歸屬植物中分離并鑒定出的簡單香豆素,主要發現于獨活和朝鮮當歸等植物。Baba等[21]通過X射線分析技術,從獨活的根部位分離出7種新型的簡單香豆素,包括當歸醇(B～H),此外,還從該植物中鑒定出當歸醇(I～L)。Kang等[11]從當歸的根部位還分離鑒定出10種簡單香豆素,包括洋芫荽茵芋苷、異洋芫荽茵芋苷、茵芋苷、傘形花內酯等。

2.2 呋喃香豆素類 據報道,呋喃香豆素類成分在醫療、化妝品和食品領域廣泛的使用。其中對于呋喃香豆素的生物活性研究尤為關注,研究發現其具有括抗腫瘤、光化學作用、血管舒張、鎮痛、抗氧化和神經保護等作用[22]。當歸屬植物富含呋喃香豆素類成分,其中常見的化學成分包括異歐前胡素、異茴芹素、花椒毒素、歐前胡素等。Lee等[23]在一項補骨脂素的抗腫瘤活性的研究中發現,它以劑量依賴的方式抑制骨肉瘤細胞生長,并通過內質網應激誘導細胞凋亡。據報道,Shu等[14]從白芷根中分離出16種呋喃香豆素,其中Angelicoside A是首次從該植物中分離和鑒定的,并顯示出良好的DPPH自由基清除活性,具有抗氧化作用。

2.3 吡喃香豆素類 吡喃香豆素主要發現于當歸與白芷植物中。Matsuda等[24]從AngelicafurcijugaKitagawa中根上部位鑒定出4種新型的香豆素,命名為Hyuganin A～D。Ali等[25]從紫花前胡的整株植物提取物檢測到14種香豆素,10種為吡喃香豆素,這10種香豆素都對血管緊張素轉換酶具有明顯的抑制活性。據報道,Niranjan等[19]還在當歸中發現2種新的香豆素糖苷,并命名為3′-(R)-O-β-D-吡喃葡萄糖基-3′,4′-二羥基黃嘌呤,3′-(S)-O-β-D-吡喃葡萄糖基-3′,4′-二羥基黃嘌呤。

2.4 雙香豆素類 在當歸屬植物中,關于雙香豆素類成分的報道比較少,目前已分離并鑒定出來的雙香豆素成分有10多種。Wang等[26]從白芷的根部位檢測出7種雙香豆素,包括:Dahuribirins A～G,并在紫外光下具有線性型呋喃香豆素光譜特征。此外,還有兩種新的香豆素從烏魯木齊白芷植物的地上部分提取出來,1種為雙香豆素素,并命名為pyranocoumarin dimmer,并對該化合物的抗氧化活性研究發現,其表現出中等抗氧化活性(IC50=170 μg·mL-1)[27]。

3 藥理活性

3.1 抗炎鎮痛 研究發現,香豆素類成分的抗炎活性主要通過調節炎癥相關信號通路(NF-κB/ERK/MAPK/ STAT)對炎癥介質[一氧化氮(NO)、前列腺素E2(PGE2)、腫瘤壞死因子α(TNF-α)、誘導型一氧化氮合酶(iNOS)]和炎癥因子(IL-1b、IL-6、IL-8)的表達與分泌產生抑制作用實現。據報道,在慢性關節炎模型中,傘形花內酯通過降低炎癥介質和炎癥因子的分泌改善弗氏完全佐劑誘導的關節炎[28]。另一份研究表明,傘形花內酯減輕特應性皮炎的組織病理學癥狀,并調節多種信號通路抑制HaCaT細胞中促炎細胞因子和趨化因子的分泌[29]。另一份研究表明,紫花前胡醇當歸酸酯抑制MAP激酶的激活和NF-κB的轉位抑制促炎細胞因子的表達與分泌,可能有助于治療各種炎癥誘導的癌癥[30]。此外,在脂多糖誘導的巨噬細胞炎癥反應模型中,Rim等[31]發現紫花前胡苷通過下調iNOS、COX-2一氧化氮(NO)、前列腺素 E2(PGE2) 水平,抑制腫瘤壞死因子-α(TNF-α)、白細胞介素(IL)-6 和 IL-1β生成,并抑制NF-κB信號通路的激活發揮抗炎活性。

3.2 抗腫瘤 當歸屬植物具有多種抗腫瘤的藥物,如:當歸、白芷、獨活等,香豆素類成分在抗腫瘤方面的研究也具有諸多報道,其中包括:膀胱癌、肺癌、乳腺癌、結腸癌、黑色素瘤等。在抗腫瘤活性研究中,我們發現香豆素類成分主要通過影響細胞周期、誘導細胞凋亡、抑制相關信號通路的表達發揮治療作用。據報道,歐前胡素以劑量依賴的方式誘導細胞的凋亡,抑制HT-29結腸癌細胞生長(IC50=78 μmol·L-1)、并誘導細胞周期阻滯,表現出對HT-29結腸癌細胞顯著的抗增殖活性,此外,通過下調mTOR/p70S6K/4E-BP1和MAPK途徑靶向HIF-1α抑制人結腸癌細胞的增殖[32]。另一份研究表明,歐前胡素還通過受體和線粒體介導的途徑誘導HepG2細胞凋亡,并在50、100 mg·kg-1劑量下腫瘤生長抑制率分別為31.93%和63.18%[33]。另一份研究表明,紫花前胡素是朝鮮當歸植物發揮抗癌作用的主要成分,其在體外和體內靶向Myc抑制淋巴損傷,促進B細胞淋巴瘤細胞死亡[34]。蛇床子素通過影響A549細胞周期蛋白表達和抑制PI3K/Akt信號通路誘導肺癌A549細胞G2/M期阻滯和凋亡發揮抗肺癌活性[35]。

3.3 心血管疾病 心血管疾病已成為全球性的公共衛生事件,由心血管疾病引起的死亡占全球死亡人數的三分之一。目前,多種香豆素類成分被發現具有心血管保護作用。例如:研究發現,傘形花內酯通過清除自由基、降血脂、抗心肌肥厚、調節心臟標志酶發揮異丙腎上腺素誘導大鼠心肌梗死的保護作用。另一份研究表明,香柑內酯通過減少心肌梗死面積、抑制心臟生物標志物、清除自由基、改善酶的合成、抑制炎癥反應等方式對大鼠心肌梗死中的心臟保護作用[36]。據報道,紫花前胡素和紫花前胡醇在體內和體外對VEGF誘導的血管形成有抑制作用,其作用機理可能與抑制HUVECs中ERK和JNK的磷酸化有關[37]。

3.4 神經系統的影響 據報道,歐前胡素通過降低促炎細胞因子(TNF-α和IL-6)水平、減輕氧化應激反應和提高腦源性神經因子水平對LPS介導的認知障礙和神經炎癥的潛在神經保護作用[38]。此外,歐前胡素能抑制小鼠的焦慮,改善不同階段的記憶獲取。研究發現,蛇床子素和歐前胡素以劑量依賴性的方式能促進神經末梢谷氨酸的釋放,作用機制與N-和P/q型Ca2+通道增加Ca2+內流有關[39],進一步就發現,作用機制還可能與神經末梢突觸囊泡活動有關[40]。此外,紫花前胡苷通過Akt-GSK-3b 信號通路促進成人海馬神經發生,并增強學習和記憶能力[41]。

3.5 抗菌和抗病毒 研究發現,當歸屬植物香豆素類成分具有廣泛的抑菌活性和抗病毒作用。據報道,異歐前胡素具有抗耐甲氧西林金黃色葡萄球菌活性,其最低抑制濃度為16 μg·mL-1[42]。進一步研究表明,歐前胡素成分對金黃色葡萄球菌和枯草芽孢桿菌具有抗菌活性,其中細菌生長抑制區分別為(13±0.1)mm和(14±0.1)mm,與陽性對照藥環丙沙星效果相當[生長抑制區為(15±0.3)mm][43]。據報道,五加苷B1成分對體外人流感病毒的抑制作用范圍較廣(IC50=64～125 mg·mL-1),但抗禽流感病毒無明顯活性。在給藥后6 h內能使病毒產量降低60%。此外,不同的給藥劑量也會產生不同的效果,在50 mg·mL-1的給藥劑量下能抑制NP mRNA表達,而200 mg·mL-1的給藥劑量除了抑制NP mRNA表達外,還對流感病毒核糖核蛋白表達產生抑制作用[44]。

3.6 抗過敏 過敏性疾病又稱為變態反應性疾病,常見的過敏性疾病包括:過敏性皮炎、過敏性鼻炎和過敏性哮喘等。研究發現,香豆素類成分可以通過多種方式發揮治療作用,例如:細胞、信號通路、炎癥因子等。據報道,白芷植物中提取的13種香豆素類成分通過減少組胺的釋放,抑制TNF-α、IL-1β和IL-4的分泌和抑制NF-κB的活化發揮抗過敏性炎癥反應作用[45]。歐前胡素通過抑制MRGPRX2和CamKII/ERK信號通路調節肥大細胞中炎癥因子的合成,抑制肺組織中肥大細胞的活化,從而改善肥大細胞介導的過敏性氣道炎癥[46]。此外,AngelicatenuissimaNakai植物中根部位的香豆素成分能夠在10 μm劑量下有效抑制IL-6的表達,并對人肥大細胞釋放組胺的抑制率超過30%。此外,紫花前胡苷給藥劑量為20 mg·kg-1時,可抑制組胺釋放,并保護小鼠免受化合物48/80誘導的過敏性死亡[47]。

3.7 其他生物活性 當歸屬植物中香豆素類成分除了上述生物活性以外,還具有其他生物活性,例如:抗氧化作用、肝保護作用、光化學作用和促進骨細胞增生作用等。

研究發現,傘形花內酯通過降低炎癥因子的表達水平、降低脂質過氧化物和線粒體過氧化氫水平發揮抗炎和抗氧化作用,從而保護酒精誘導的肝損傷[48]。研究發現,當歸素和補骨脂素可以改善性激素缺乏誘導的骨質疏松癥[49]。此外,補骨脂素作為天然的光毒性化合物,吸收光子后會產生光化學反應,與紫外線A輻射組成PUVA光療法用于銀屑病的治療[50]。

4 毒理學

據報道,香豆素類成分也會存在一定的隱患,例如造成肝損傷。研究發現,當歸素和補骨脂素以劑量和時間依賴性的方式通過激活AhR易位并誘導CYP1A2轉錄表達增加引起HepG2細胞的細胞毒性和肝毒性[51]。此外,在光表皮試驗中,研究發現,香柑內酯和茴芹內酯都具有光毒性作用,其中香柑內酯光毒性作用最強,而茴芹內酯光毒性作用顯著,前者的光毒性是后者的兩倍以上。據報道,花椒毒素以劑量依賴的方式抑制成蟲的生殖,且影響秀麗隱桿線幼蟲的生長發育[52]。因此,既要注重成分的藥效,也要關注它的毒理學研究,這才能更好促進香豆素類成分的開發與利用。

5 討論

當歸屬藥用植物在多種處方中以臣藥為主,該屬藥用植物在傳統用藥中,祛風濕和止痛功效表現出顯著的藥用價值。而現代研究中,以香豆素類成分和揮發類成分研究為主。其中,香豆素類成分在抗炎鎮痛、抗腫瘤等方面具有很高的利用價值。研究發現,香豆素類成分的藥理活性集中在簡單香豆素和呋喃香豆素中,并多以呋喃香豆素類成分為主,而藥理活性主要集中在:抗炎鎮痛、抗腫瘤、對心血管疾病、對神經系統的影響、抗菌和抗病毒、抗過敏等方面。由于中藥的作用機制具有多組分、多靶點的特點。目前,當歸屬植物的香豆素類成分以單一或者總提取物研究為主,而缺乏多種活性成分協同作用機制的系統性研究,這與當歸屬藥用植物的臨床應用和藥物開發具有重要關聯。

此外,本綜述還討論了當歸屬植物中香豆素類成分的安全性問題。其中,發現主要涉及肝毒性以及皮膚毒性。為了提高用藥安全,建議未來的研究可以對毒性機制和有效的解毒策略進行詳細的探討。